[go: up one dir, main page]

SU836538A1 - Hot-wire gauge - Google Patents

Hot-wire gauge Download PDF

Info

Publication number
SU836538A1
SU836538A1 SU792796086A SU2796086A SU836538A1 SU 836538 A1 SU836538 A1 SU 836538A1 SU 792796086 A SU792796086 A SU 792796086A SU 2796086 A SU2796086 A SU 2796086A SU 836538 A1 SU836538 A1 SU 836538A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
string
amplifier
temperature
thermal
pressure
Prior art date
Application number
SU792796086A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Александрович Карцев
Игорь Викторович Творогов
Рафик Медхатович Яхин
Original Assignee
Московский Институт Электронного Машино-Строения
Предприятие П/Я A-1614
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский Институт Электронного Машино-Строения, Предприятие П/Я A-1614 filed Critical Московский Институт Электронного Машино-Строения
Priority to SU792796086A priority Critical patent/SU836538A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU836538A1 publication Critical patent/SU836538A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

(54) ТЕПЛОВОЙ МАНОМЕТР(54) HEAT MANOMETER

., . ,,. 1 ,. : . : Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности к тепловым вакуумным манометрам. Известные тепловые манометры состо т из нагревател  в виде ленты и термочувствительного элемента, например термопары, спай которой приварен к серединенагреваемой током ленты .l. Недостатком таких манометров  вл етс .низка  чувствительность, значительна  пЪгрешность измерени  трудность реализации дистанционной системы измерени  из-за низкого уро н  выходного сигнала термопары, несущего: полезную информацию. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  тепловой манометр, содержащий датчи давлени  с нагревательным и термочувствительным элементс1ми, подсоеди ненный к измерительной схеме. В ка честве термочувствительного элемен используетс  кварцевый элемент jp за . В качестве нагревател  использу с  металлическа  дорожка, нанесенн по периферии кварцевого элемента. Кварцевый элемент с нагревательным элементом конструктивно выполнен в виде датчика, подсоединенного к измерительной схеме,включающей цепь задачи тока нагревательного элемента , усилитель с положительной обратной св зь1о и измерительный прибор. Кварцевый элемент подсоединен к усилителю с поло кительной обратной св зью и используетс  в качестве частотозадающего элемента автогенератора . При изменении измер емого давлени  измен етс  температура нагревател  и кварцевого элемента, что приводит к изменению частоты автогенератора. Это изменение частоты выходного сигнала функционально св зано с измер емым давлением 2. Недостатками теплового манометра этого типа  вл етс  низка  точность измерени , поскольку термочувствительный кварцевый элемент jr -среза в одинаковой мере реагирует как.на изменение температуры нагревател , так и на изменение температуры окружающей среды, а также больша  теплова  инерционность, поскольку масса кйарцевого элемента значительно больше массы нагревательного элемента и дл  достижени  теплового равновеси  при- вновь установившемс  значении измер емого давлени  требу- етс  длительное врем . Такой манометр нельз  использовать дл  измерени , относительно быстроизмен ющихс  давлений..,. ,,. one ,. :. : The invention relates to the field of measurement technology, in particular to thermal vacuum gauges. Known thermal gauges consist of a heater in the form of a tape and a temperature-sensitive element, such as a thermocouple, the junction of which is welded to the current-heated tape .l. The disadvantage of such gauges is low sensitivity, significant measurement error, difficulty in implementing a remote measurement system due to the low level of the output signal of the thermocouple carrying: useful information. The closest in technical essence to the present invention is a thermal pressure gauge containing pressure sensors with heating and temperature-sensitive elements, connected to a measuring circuit. A quartz element jp is used as a thermosensitive element. As a heater, using a metal track applied along the periphery of a quartz element. A quartz element with a heating element is structurally made in the form of a sensor connected to a measuring circuit, including the circuit for the task of heating element current, an amplifier with positive feedback, and a measuring device. The quartz element is connected to the amplifier with a positive feedback and is used as the frequency-generating element of the oscillator. When the measured pressure changes, the temperature of the heater and the quartz element changes, which leads to a change in the frequency of the oscillator. This change in the frequency of the output signal is functionally related to the measured pressure 2. The drawback of this type of heat gauge is that the measurement accuracy is low because the temperature sensitive quartz jr-element responds equally both to the change in the heater temperature and to the change in ambient temperature as well as a large thermal inertia, since the mass of the Kjartsev element is much larger than the mass of the heating element and to achieve thermal equilibrium of the newly established The values of the measured pressure trebu- a long time. Such a pressure gauge cannot be used to measure relatively rapidly changing pressures.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  давлени  и уменьшение тепловой инерционности манометра;The aim of the invention is to improve the accuracy of pressure measurement and reduce the thermal inertia of the pressure gauge;

Эта цель достигаетс  тем, что в тепловом манометре, содержащем -датчик давлени  с размещенным в корпусе чувствительным элементом и измерительную схему, включающую токовую цепь нагрева с последовательно соединенными стабилизированным источнико посто нного напр жени , регулировочны сопротивлением и амперметром, усилитель с положительной обратной св зью и выходной измерительный прибор, в датчик давлени  введен кронштейн, закрепленный в корпусе, а чувствител ный элемент выполнен в виде металлической струны, помещенной в воздушный зазор магнитной системы возбуждени  ее колебаний, причем концы струн закреплены на стойках кронштейна и подключены ко входу усилител , при этом токова  цепь нагрева включена параллельно входу усилител  и содержит последовательно включенный с источником посто нного напр жени  дроссель.This goal is achieved by the fact that in a thermal manometer containing an pressure sensor with a sensing element placed in a housing and a measuring circuit including a heating current circuit with series-connected stabilized constant voltage source, an adjusting resistance and an ammeter, an amplifier with positive feedback and output meter, a bracket mounted in the housing is inserted into the pressure sensor, and the sensing element is made in the form of a metal string placed in the air A magnetic excitation system of its oscillations, with the ends of the strings attached to the supports of the bracket and connected to the amplifier input, while the heating current circuit is parallel to the amplifier input and contains a series choke connected in series with a constant voltage source.

С целью уменьшени  температурной погрешности в манЬметре датчик давлени  может быть снабжен дополнительной струной, идентичной первой, концы которой закреплены на дополнительных стойках, струна помещена в воздушный зазор дополнительной магнитной системы возбуждени  ее колебаний. При этом струны расположены симметрично относительно ос  симметрии корпуса датчика, а в измерительную схему введены смеситель и второй усилитель с положительной обратной св зью, ко входу которого подсоединена дополнительна  струна, причем выходы усилителей подключены через смеситель к выходному измерительному прибору.In order to reduce the temperature error in a manometer, the pressure sensor can be equipped with an additional string, identical to the first one, the ends of which are fixed on additional stands, the string is placed in the air gap of the additional magnetic excitation system of its oscillations. In this case, the strings are located symmetrically with respect to the axis of symmetry of the sensor body, and a mixer and a second amplifier with positive feedback, to the input of which an additional string is connected, are inserted into the measuring circuit, and the outputs of the amplifiers are connected through the mixer to the output measuring device.

На фиг. 1 изображен датчик теплового манометра, разрез,- на фиг. 2, 3 и 4 - сечени  А-А, Б-Б, В-В; на фиг. 5 - измерительна  схема теплового манометра.FIG. 1 shows the sensor of the thermal pressure gauge; a section, in FIG. 2, 3, and 4 — sections A – A, B – B, B – B; in fig. 5 - measuring circuit thermal gauge.

Датчик теплового манометра состои из корпуса 1 (фиг.1), внутри которог на резьбовой шпильке 2 установлен кронштейн 3. На кронштейне 3 жестко закреплены стойки 4 и 5. На плоскост стойки 5 укреплена планка б. Торцы стойки 4 и планки б лежат в одной плоскости. Концы струны 7, имеющей. начальную упругую деформацию раст жени , закреплены на стойках 4 и 5, кронштейна 3 посредством накладок 8 и 9 i Струна 7 помещена в воздушный зазор магнитной системы возбуждени  колебаний 10 (фиг. 2), жестко установленной на кронштейне 3. КонецThe thermal gauge sensor consists of body 1 (Fig. 1), inside which is mounted a bracket 3 on a threaded rod 2. Racks 4 and 5 are rigidly fixed to bracket 3. A bar b is fixed to the plane of rack 5. The ends of the rack 4 and slat b lie in the same plane. The ends of the string 7, having. the initial elastic deformation of tension, fixed on racks 4 and 5, bracket 3 by means of linings 8 and 9 i String 7 is placed in the air gap of the magnetic oscillation excitation system 10 (Fig. 2) rigidly mounted on bracket 3. End

струны 7, закрепленный на стойке 4, электрически св зан с корпусом 1 датчика. Дл  реализации струнного автогенератора с магнитоэлектрически способом возбуждени  автоколебаний второй конец струны 7 изолируетс  от корпуса 1 датчика посредством слюд ной прокладки 11 (фиг. 3) и слюд ных шайб 12 и 13, подложенных под головки.крепежных винтов 14, 15. Металлические шайбы 16 и 17 служат дл  более равномерного распределени  усилий, действующих на слюд ные шайбы 12 и 13 при зат жке винтов 14 и 15. Между телом винтов 14 и 15 и отверсти ми в планке б имеетс  воздушный зазор. Винты 18 служат дл  поджати  накладок 8 и 9 при фиксации концов струны 7. Конец струны 7, изолированный от корпуса 1, присоедин етс  к электрическому гермовыводу 19 (фиг. 1). Электрический вывод второго конца струны 7 снимаетс  с корпуса датчика. Корпус 1 закрываетс  крышкой 20.the strings 7, mounted on a stand 4, are electrically connected to the sensor body 1. In order to implement a string auto-oscillator with a magneto-electrically driven self-oscillation method, the second end of the string 7 is isolated from the sensor body 1 by means of a mica pad 11 (Fig. 3) and mica washers 12 and 13, underneath the fastening screws 14, 15. Metal washers 16 and 17 serve to more evenly distribute the forces acting on mica washers 12 and 13 when tightening the screws 14 and 15. There is an air gap between the body of the screws 14 and 15 and the holes in the bar B. The screws 18 serve to press the pads 8 and 9 while fixing the ends of the string 7. The end of the string 7, isolated from the housing 1, is connected to the electrical pressure lead 19 (Fig. 1). The electrical output of the second end of the string 7 is removed from the sensor body. The housing 1 is closed by a cover 20.

Концы струны 7 подсоедин ютс  к входным клеммам аи б электронного усилител  21 с положительной обратно св зью (фиг. 5). Мостова  схема, в одно из плеч которой включена струна 7,  вл етс  частью входного каскада электронного усилител  21. Параллельно входу а-б усилител  21 подключена цепь.задачи тока, обеспечивающего нагревание струны 7. Эта цепь состоит из последовательно включенных дроссел  Dp, стабилизированного источника посто нного напр жени  U, . переменного резистора Rp, измерительного сопротивлени  Ra, и амперметра тА. Дроссель Ор необходим дл  того, чтобы избежать эффекта шунтировани  струны 7 по переменному току (току подкачки) цепью задачи тока подогрева . Переменный резистор ftp обеспечивает регулировку тока нагрева струны 7. Ток нагрева может контролироватьс или путем измерени  падени  напр жени  на измерительном сопротивлении R с помощью компенсатора, либо цифрвого вольтметра, или по стрелочному амперметру шА.The ends of the string 7 are connected to the input terminals a and b of the electronic amplifier 21 with a positive feedback connection (Fig. 5). The bridge circuit, in one of the arms of which string 7 is included, is part of the input stage of the electronic amplifier 21. Parallel to the input AB of the amplifier 21, a current problem is connected that provides heating of the string 7. This circuit consists of consecutive thrusts Dp, a stabilized source constant voltage U,. variable resistor Rp, measuring resistance Ra, and ammeter mA. Choke OP is necessary in order to avoid the effect of string 7 shunting over alternating current (pumping current) by the task circuit of the heating current. The variable resistor ftp provides adjustment of the heating current of the string 7. The heating current can be controlled either by measuring the voltage drop across the measuring resistance R with a compensator, either a digital voltmeter, or a WA ammeter.

После, балансировки моста путем изменени  величины балансировочного сопротивлени  Rg и включени  напр жени  питани  усилител  21 струна 7 вместе с усилителем образует струнный автогенератор, частота которого определ етс  температурой струны 7. Амплитуда колебаний струны 7 регулируетс  путем подбора величины тока положительной обратной св зи за счет изменени  сопротивлени  резистора . ос. - выхода усилител  21 электрический частотио-модулированный сигнал может быт-ь подан на цифровой измерительный прибор 22 или аналоговый измерительный прибор 23. В качестве Цифрового прибора 22 может быть использован любой стандартный ;электронносчетный частотомер. Тепловой манометр работает следующим образом. При отсутствии тока разогрева час тота струнного автогенератора опреде л етс  дилой начального нат жени  струны 7. После подачи тока разогрева от стабилизированного источника посто нного напр жени  струна 7 нагр ваетс  и сила ее продольного нат жени  уменьшаетс , что приводит к умен шению частоты автогенератора. По мере уменьшени  давлени  газообратной среды отвод тепла от струны 7 в окру жающую среду за счет теплопроводност уменьшаетс  и температура струны 7 возрастает. С ростом температуры уменьшаетс  сила продольного нат же ни  струны 7 и частота струнного автогенератора. При неизменном напр жении источника посто нного тока разогрева частота струнного автогене ратора будет однозначн9 св зана с измер емым давлением функциональной зависимостью. Частота струнного автогенератора лпри нормсшьном атмосферном давлении в основном зависит от силы нат жени  -струны 7 и в первом приближении может быть определена выражением - (1) где fjj - начальна  частота колебани струнного автогенератора при нормальном атмосферном давлении (9,81-10- Па); Fg - сила продольного нат жени  струны 7; io - напр жение раст жени  в струне 7 8р - длина струны 7; S - площадь поперечного сечени струны 7;. J - плотность материала струны В соответствии с законом Гука величина начальной упругой д: еформац струны 7 , , ле, , (2) где дВчу- начальна  упруга  деформаци  струны 7; Е - модуль упругости второго рода материала струны 7. Откуда: (3) выражение ( 1) примет С учетом 2Ео р Во После того, как по струне 7 будет пропущен посто нный TQK I, струна 7 разогреетс  и ее температура будет превышать температуру окружающей среды на величину,i Л.о ° co -oii начальна  упруга  деформаци  струны 7 дЕч; уменьшаетс  на величину, У tcroL л to у dL - температурный коэффициент линейного расширени  материала струны 7. Частота колебаний струнного автогенератора после включени  тока разогрева с учетом уравнений (4) и (6) - J Е(де - ) /74 Y - Изменением модул  упругости при изменении температуры струны 7 с точностью , вполне приемлемой дл  инженерных расчетов, пренебрегаем вследствие малости. .Уравнение теплового- баланса струны 7, нагретой током с учетом того, что основна  часть тепловой энергии рассеиваетс  за счет теплопроводности газа, а теплопроводность через элементы преобразовател , а также за счет конвекции и лучеиспускани  пренебрежимо мала, будет иметь вид (Vt,o)|(ie-too), ,3с где 3 - ток разЬгрева, текущий по струне 7; R - активное сопротивление: струны 7; X - коэффициент теплопроводности газа, давление которого. измен етс ; а - коэффициент, завис щий от геометрических размеров струны 7 и корпуса 1 датчика; t - текущее значение температуры струны 1; djj - внутренний диаметр корпуса 1 датчика) dj. - диаметр струны 7. При плотности газа, соответствующей области атмосферного давлени , теплопроводность газа % практически не зависит от его плотности, т.6. не зависит от изменени  давлени . По мере уменьшени  давлени  во внутренней полости датчика средн   длина свободного пробега молекул газа становитс  того же пор дка, что и рассто ние между струной 7 и стенками корпуса 1 датчика. В этом случае теплопроводность газа определ етс  числом оставшихс  молекул и зависит, главным образом, от давлени  газа (его плотнорти), а не от его температуры . На основании вышесказанного можно считать, что в области относительно низких давлений коэффициент теплопроводности функционально св зан с из р емЕлм давлением (Р). где Р - давление газа в корпусе 1 датчика. Из выражени  (8) с учетом (9) будем иметь At tc- t Ф(РЬа Полага  в выражении (10) все ве чины посто нными и обознача  их чер К , получим Д VTFT. Уменьшение упругой деформации струны 7, обусловленное уменьшением давлени  газа Лр l o-dL&t. EoflL cpf , (12) Частота струнного автогенератора о. учетом возрастани  температуры струны 7 при уменьшении измер емого давлени  il--fr-( д &х,)(1з Поскольку дл  выбранных режимов ЛЙу - cfKo const, то - . с -epV. пГ RoJi ад ёг Ч сЛВо Ч(Р) 0-1 где К- -2. - . При рагдионально выбранных конст тивных параметрах датчика величина ...Л . лежит, в диапазоне 0,1-0,3. Представл   иррациональный сомн житель выражени  (14) в виде р да, получим г / - г Ка 1 V /,,-л i oi(-24(P) e- WTJ Ограничива сь вторым членом раз ложени , определим приращение част ты струнного автогенератора в зави симости от измер емого давлени  ка разность между начальнЕлм значением частоты fg и текущим значением f Д -f fai-faib При точно известной функциональ зависимости и известных геометричес ких параметрах датчика функци  пре образовани  такого теплового маноме ра может быть определена расчетным путем. Однако функциональна  зависи мость дл  различных газов определ е с  обычно опытным путем с ограничен ной точностью. В св зи с этим дл  работы с тепл выми манометрами на практике исполь зуютс  градуировочные характеристики. В рассматриваемом случае это будет определенна  опытным путем зависимость частоты струнного автогенератора от величиныизмер емого давлени . На фиг. б изображен датчик теплового манометра с двум  струнами, разрез/ на фиг. 7 - измерительна  схема. Датчик теплового манометра содержит дополнительную струну 24, помещенную в воздушный зазор дополнительной магнитной системы 25 возбуждени  ее колебаний, струны 7 и 24 расположены симметрично относительно оси симметрии корпуса 1 датчика. Дополнительна  струна 24 (термо-.компенсационна ) подключаетс  ко входу а б электронного усилител  26 с положительной обратной .св зью и , совместно с ним образует второй автогенератор (фиг. 7). В отличии от первого автогенератора (струна 7 и усилитель 21)по струне 24 ток разогрева .не пропускаетс  и частота автогенератора определ етс  только т мпературой окружающей среды и температурными коэффициентами линейного расширени  материалов струны 24 и кронштейна 3. Выходы усилителей 21 и 26 соединёны со входами смесител  частот 27. Выход смесител  27 подключен ко входам аналогового 28 и цифрового 29 измерительных при.боров, измер ющих разностную частоту, выдел емую смесителем .27. При работе в режиме измерени  отношени  частот сигналы с точек в и г измерительной схемы (фиг. 7) могут быть поданы на входы А и Б стандартного цифрового электронносчетного частотомера 30 любого типа. Тепловой манометр работает следующим образом. При давлении 9,81« Ю Па (760 ммрт.ст.) и токе нагрева, пропускаемом через одну из струн, частоты автогенераторов ff. и f(;2 равны, т.е. fQ3 f И выходе смесител  27 разностна  частота f f 01 равна нулю. При уменьшении давлени  газа в корпусе 1 преобразовател  струна 7, по которой пропущен ток нагрева , увеличит свою температуру, поскольку теплопроводность разреженного газа уменьшаетс . Увеличение температуры струны 7 приводит к уменьшению величины .ее упругой деформации и к умены ению частоты струнного автогенератора до значени  f .Разность частот на выходе смесител  д{ foa - f-j f 0 - f-t будет функционально св зана с измер емым давлением . . Вследствие наличи  разности температурных коэффициентов линейного расширени  материалов кронштейна 3 и струн 7 и 24 при изменении темпера туры окружающей среды измен ютс  и частоты струнных автогенераторов. Но поскольку эти изменени  будут оди наковыми, то на выходе смесител  27 температурна  погрешность нул  тепло , вого манометра будет.скомпенсирована что сни)сает суммарное значение темпе ратурной погрешности примерно на пор док. По аналогии с вьплеизложенным происходит компенсаци  температурной погрешности и при работе измерительной схемы в режиме измерени  отношени  частот струнных автогенераторов. Струна 7 , выполн юща  роль нагреватель рого и термочувствительного элемента при отсутствии тока нагрева имеет та кую начальную упругую деформацию раст  Зкени , чтобы частота ее собственных поперечных колебаний при нормальном атмосферном давлении (9,81-10 Па) fj бЕЛла бы выше частоты собственных поперечных колебаний термокомпенсационной струны 24 fo2, т.е. ОаПри протекании номинального тока нагрева частота собственных поперечных колебаний первой струны 7 уменьшитс  до величины f за счет по влени  температурных деформгщий, уменьшакнцих величину начальной упругрй деформации. При этом можно обеспечит равенство частот колебаний обеих струн (17) Частота собственных поперечных колебаний первой струны 7 может быть определена в соответствии с известны уравнением струны, обусловленна  протекающим до ней током разогрева . Соответственно частота собственны поперечных колебаний второй термоком пенсационной струны 24 Е Д Е(П U f01 - начальна  упруга  деформа ци  струны 24.. Дл  выполнени  равенства (17) необходимо, чтобы t( д Еоав рассматриваемой конструкции геометрические размеры обеих струн 7 и 24 материалы,., из которых они изготовлены, одинаковы. Строго говор , значение модул  упругости в выражении (18) будет несколько меньше, чем в выражении (19), вследствие того, что температура первой струны 7 выше. Однако вследствие малости этого различи , изменениеммодул  упругости при изменении температуры первой струны 7 будут пренебрегать . Такое допущение дл  инженерных расчетов в рассматриваемом случае вполне допустимо. . При. точно известной функциональной зависимости и известных геометрических пар.аметрах датчика функци  преобразовани  такого теплового манометра может быть определена расчетным путем . Но поскольку анэл-иткчсские зависимости Я (Р) значительно отличают-. с  от экспериментальных , то на практике,:с целью.повышени  точности измерений давлений, используютс  градуировочные характеристики. В рассматриваемом случае это будет эксперимента.)1ьна  зависимость разнобти (отношени ) частот двух струнных автогенераторов, полученна  на выходе смесител , от измер емого давлени . D качестве цифрового измерительного прибора в предложенном тепловом манометре может быть, использован стандартный электронно-счетный частотомер любого типа, а в качестве аналогового измерительного прибора любой конденсаторный частотомер со стрелочным показывающим прибором. Принцип температурной компенсации заключаетс  в следующем. При изменении температуры окружающей среды мен етс  температура корпуса 1 датчика. По .истечении некоторого времени изменитс  и температура кронштейна 3 и струн 7 и 24. При идеальном равенстве температурных коэффициентов линейного расширени  материа .лов кронштейна 3 и струн 7 и 24 изменени  частоты струнных автогенераторов не прс|изойдет и погрешность измерени  давлени  вследствие изменени  температуры корпуса 1 практически будет отсутствовать. Однако н§ практике всегда будет существовать некотора  разница в температурных коэффициентах линейного расширени  м,атериалов струн 7 и 24 и кронштейна 3. В этом случае изменение температуры корпуса 1, кронштейна 3 и струн 7 и 24, обусловленное изменением температуры окружающей среды, приведет к изменению частот струнных автогенераторов. Допустим, ч.то при изменении темпе .ратуры частота первого струнного авто .генератора также изменилась и в соответствии с (15) ее значение можно записать в видеAfter balancing the bridge by changing the value of the balancing resistance Rg and turning on the supply voltage of the amplifier 21, the string 7 together with the amplifier forms a string auto-oscillator whose frequency is determined by the temperature of the string 7. The oscillation amplitude of the string 7 is adjusted by adjusting the positive feedback current by changing resistor resistance. wasps - the output of the amplifier 21 electric frequency-modulated signal can be applied to a digital measuring device 22 or an analog measuring device 23. As a digital device 22 any standard, electronic counter frequency meter can be used. Heat gauge works as follows. In the absence of a heating current, the frequency of the string oscillator is determined by the initial tension of the string 7. After the heating current is applied from a stabilized constant voltage source, the string 7 is heated and its longitudinal tension decreases, which leads to a decrease in the frequency of the oscillator. As the pressure of the gas return medium decreases, the heat removal from the string 7 into the environment due to the heat conductivity decreases and the temperature of the string 7 increases. With increasing temperature, the force of the longitudinal tension of the string 7 and the frequency of the string oscillator decrease. With the constant voltage of the source of direct current heating the frequency of the stringer autogen generator will be uniquely associated with the functional dependence measured by pressure. The frequency of the string autogenerator at normal atmospheric pressure mainly depends on the tension of the string 7 and, to a first approximation, can be determined by the expression - (1) where fjj is the initial frequency of oscillation of the string autogenerator at normal atmospheric pressure (9.81-10 Pa) ; Fg is the force of the longitudinal tension of the string 7; io - tensile stress in a string 7 8p - string length 7; S is the cross-sectional area of the string 7 ;. J is the density of the string material. In accordance with Hooke's law, the value of the initial elastic g is the shape of the string 7,, le,, (2) where dHpu is the initial elastic deformation of the string 7; E is the elastic modulus of the second kind of material of the string 7. From where: (3) expression (1) will take into account 2Eo P In After the constant TQK I is omitted from string 7, string 7 will warm up and its temperature will exceed the ambient temperature by the amount, i L. o ° co-oii, the initial elastic deformation of the string 7 dECh; decreases by, the value of, for tcroL l to u dL is the temperature coefficient of linear expansion of the material of the string 7. The oscillation frequency of the string oscillator after turning on the heating current, taking into account equations (4) and (6) - J Е (de -) / 74 Y - Modulus change elasticity when the temperature of the string 7 varies with an accuracy quite acceptable for engineering calculations is neglected due to smallness. The equation of heat balance of the string 7 heated by current, taking into account the fact that most of the thermal energy is dissipated due to the thermal conductivity of the gas, and the thermal conductivity through the converter elements, as well as by convection and radiation, is negligible, looks like (Vt, o) | (ie-too), 3c where 3 is a warm-up current flowing along string 7; R - active resistance: strings 7; X - coefficient of thermal conductivity of gas, the pressure of which. changes; a is a coefficient depending on the geometric dimensions of the string 7 and the sensor body 1; t is the current temperature value of string 1; djj - internal diameter of the sensor housing 1) dj. - the diameter of the string 7. At a gas density corresponding to the atmospheric pressure region, the thermal conductivity of gas% is almost independent of its density, t. does not depend on pressure change. As the pressure in the internal cavity of the sensor decreases, the mean free path of the gas molecules becomes in the same order as the distance between the string 7 and the walls of the sensor housing 1. In this case, the thermal conductivity of a gas is determined by the number of remaining molecules and depends mainly on the pressure of the gas (its density), and not on its temperature. Based on the above, it can be assumed that in the region of relatively low pressures, the thermal conductivity coefficient is functionally associated with the pressure pressure (P). where P is the gas pressure in the sensor housing 1. From expression (8), taking into account (9), we will have At tc- t Ф (Pla Pola in expression (10) all the values are constant and denoted by black K, we get D VTFT. Reduction of the elastic deformation of the string 7, due to the decrease in gas pressure Lr l o-dL & t. EoflL cpf, (12) Frequency of a string auto-oscillator, taking into account an increase in the temperature of string 7 while decreasing the measured pressure il - fr- (d & x), (1з Because of the selected LYu modes - cfKo const, then -. with -epV. PG RoJi ad erg H sLVO H (P) 0-1 where K--2. - With a consistently selected constructive sensor parameters, the value ... L. lies, in the range e 0.1-0.3. Representing the irrational term of expression (14) in the form of a row, we get g / - g Ka 1 V /, - l i oi (-24 (P) e- WTJ Restricting by the second member depending on the measured pressure, the difference between the initial value of the frequency fg and the current value of f D -f fai-faib With an exactly known dependency functional and known geometric parameters of the transducer, the function of converting such thermal manum ra can be determined by calculation. However, the functional dependence for various gases is determined with usually experimentally with limited accuracy. In this connection, calibration characteristics are used in practice for working with heat gauges. In the case under consideration, this will be an experimentally determined dependence of the frequency of the string oscillator on the value of the measured pressure. FIG. b shows a sensor of a thermal manometer with two strings, a slit / in FIG. 7 - measuring circuit. The thermal gauge sensor contains an additional string 24 placed in the air gap of an additional magnetic excitation system 25 of its oscillations, the strings 7 and 24 are located symmetrically with respect to the axis of symmetry of the sensor housing 1. Additional string 24 (thermo-compensation) is connected to the input a b of the electronic amplifier 26 with a positive feedback connection and, together with it, forms the second self-oscillator (Fig. 7). Unlike the first oscillator (string 7 and amplifier 21), string 24 does not allow heating current to flow and the frequency of the oscillator is determined only by the ambient temperature and temperature coefficients of linear expansion of the materials of string 24 and bracket 3. The outputs of amplifiers 21 and 26 are connected to inputs a frequency mixer 27. The output of mixer 27 is connected to the inputs of analog 28 and digital 29 measuring instruments, measuring the difference frequency allocated by the mixer .27. When operating in the frequency ratio measurement mode, signals from points c and d of the measuring circuit (Fig. 7) can be fed to the inputs A and B of a standard digital electronic counting frequency meter of any type. Heat gauge works as follows. With a pressure of 9.81 "Yu Pa (760 mmHg) and a heating current flowing through one of the strings, the frequency of the oscillators ff. and f (; 2 are equal, i.e. fQ3 f and the output of the mixer 27 is the difference frequency ff 01 is zero. When the pressure in the gas in the converter housing 1 decreases, the string 7 through which the heating current is passed increases its temperature as the thermal conductivity of the rarefied gas decreases An increase in the temperature of the string 7 leads to a decrease in the magnitude of its elastic deformation and to a reduction in the frequency of the string oscillator to f. The difference in frequencies at the mixer output, {foa - fj f 0 - ft, will be functionally associated with the measured pressure. different The temperature coefficients of the linear expansion of the materials of the bracket 3 and strings 7 and 24 change the frequencies of the string oscillators as the ambient temperature changes. But since these changes will be identical, then the output of the mixer 27 will have a temperature error of zero heat gauge that will be compensated for reduces the total value of the temperature error by approximately one order of magnitude. By analogy with the above, the temperature error is compensated also when the measuring circuit operates in the mode of measuring the ratio of the frequencies of string autogenerators. String 7, which plays the role of a heater of a rygo and thermosensitive element in the absence of a heating current, has such an initial elastic deformation of the Zkeni so that the frequency of its own transverse oscillations at normal atmospheric pressure (9.81–10 Pa) fj would be higher than the frequency of its own transverse oscillations thermal compensation string 24 fo2, i.e. When the rated heating current flows, the frequency of natural transverse oscillations of the first string 7 decreases to f due to the appearance of temperature deforming, reducing the value of the initial elastic deformation. In this case, it is possible to ensure the equality of the oscillation frequencies of both strings (17). The frequency of natural transverse oscillations of the first string 7 can be determined in accordance with the well-known string equation, due to the heating current flowing to it. Accordingly, the frequency of the natural transverse oscillations of the second thermal sensation string 24 Е Д Е (П U f01 is the initial elastic deformation of the string 24 .. To satisfy equality (17), it is necessary that t (d Е Еоав this construction, the geometrical dimensions of both strings 7 and 24 are materials, ., from which they are made, are the same. Strictly speaking, the value of the modulus of elasticity in expression (18) will be slightly less than in expression (19), due to the fact that the temperature of the first string 7 is higher. However, due to the smallness of this difference, the elastic modulus When the temperature of the first string 7 is changed, they will be neglected. Such an assumption for engineering calculations in the case under consideration is quite acceptable. With a precisely known functional dependence and known geometric parameters of the sensor, the conversion function of such a heat gauge can be determined by calculation. Since the dependences of R (P) are significantly different from experimental, then in practice, with a view to improving the accuracy of pressure measurements, calibration characteristics are used. In the case under consideration, this will be an experiment.) 1 the dependence of the variability (ratio) of the frequencies of two string autogenerators, obtained at the mixer output, on the measured pressure. D as a digital measuring instrument in the proposed thermal pressure gauge can be used a standard electron-counting frequency meter of any type, and as an analog measuring instrument any capacitor frequency meter with a pointer indicating instrument. The principle of temperature compensation is as follows. When the ambient temperature changes, the temperature of the sensor housing 1 changes. After some time, the temperature of the bracket 3 and strings 7 and 24 will also change. With the temperature coefficients of linear expansion of the material of bracket 3 and strings 7 and 24 changing perfectly perfectly, the frequency of string oscillators will not change and the pressure measurement error due to changes in the temperature of case 1 virtually absent. However, in practice, there will always be some difference in the temperature coefficients of linear expansions of the materials of strings 7 and 24 and of bracket 3. In this case, a change in the temperature of body 1, bracket 3 and strings 7 and 24, due to a change in ambient temperature, will change string frequency oscillators. Suppose that when the temperature changes, the frequency of the first stringed auto generator also changed and in accordance with (15) its value can be written as

,Г (i i) , R (i i)

pj().pj ().

(20) Если величина измер емого давлени  оценивалась бы- по частоте перво струны 7, то как видно из(14), погрешность измерени  складывалась бы из погрешности нул  ± д f и погре ности чувствительности 1 jfb) При этом, поскольку максимальное зн чение величины 2,руне превышает зна ний .0,05-0,15, то максимальное з-нач ние погрешности чувствительности в 7-20 раз меньше погрешности нул . Следовательно, если бы имелась возм ность скомпенсировать температурную погрешност;ь нул , то суммарную погрешность измерени , обусловленную изменением температуры окружающей среды, удалось бы уменьшить в 7-20 раз. Дл  этой цели в конструкцию тепло вого манометра и введена термокомпен сационна  струна 24. Поскольку она изготовлена из того же материала, чт и перва  (нагреваема  токОм) струна то при изменении температуры окружаю щей среды, и как следствие, температуры корпуса 1 датчика, кронштейна 3 и самой струны 24, частота второго автогенератора изменитс  на ту же величину u.fj. и будет -равна 02Г 01 i ft Тогда в соответствии с выражением (16) разность частот струн 7 и 24 на выходе смесител  27 определитс  вычитанием выражени  (14) из (15), т.е. (5) . д.-(±д).Ч{Р)р. ) Из последних двух выражений следует , что введение термокомпенсационной струны 24 позвол ет полность исключить температурную погрешность нул  Af . Это снижает суммарное значение температурной погрешности струнного теплового манометра, в зависимости от выбранных конструкционных параметров датчика, в 7-20 раз.(20) If the value of the measured pressure was estimated by the frequency of the first string 7, then as can be seen from (14), the measurement error would be the sum of the error zero ± d f and the sensitivity sensitivity 1 jfb) 2, the rune exceeds the knowledge .0.05-0.15, then the maximum s-sensitivity error of sensitivity is 7–20 times less than the error of zero. Therefore, if there was a possibility to compensate for the temperature error, zero, then the total measurement error due to a change in the ambient temperature would be reduced by a factor of 7–20. For this purpose, a thermal gauge string 24 was introduced into the design of the heat gauge. Since it is made of the same material, the string and the first (heated current) string changes as the ambient temperature changes and, as a result, the temperature of the body 1 of the sensor, bracket 3 and the string 24 itself, the frequency of the second oscillator is changed by the same value u.fj. and will be - equal to 02Г 01 i ft. Then, in accordance with expression (16), the frequency difference between the strings 7 and 24 at the output of the mixer 27 is determined by subtracting expression (14) from (15), i.e. (five) . d .- (± d) .Ч (Р) р. ) From the last two expressions, it follows that the introduction of the temperature-compensating string 24 makes it possible to completely eliminate the temperature error zero Af. This reduces the total value of the temperature error of the string heat gauge, depending on the selected structural parameters of the sensor, by 7–20 times.

В случае работы измерительной схемы в режиме измерени  отношейи  ;частот двух струнных автогенераторов, соответствующем выборе начальных частот струн f и f, можно получить с аналоговый эффект уменьшени  температурной погрешности. . формула изобретени  1.Тепловой манометр, содержащий датчик давлени  с размещенным;в корпусе чувствительным элементом и измерительную схему, включающую в себ  токовую цепь нагрева с последовательно соединенными стабилизированным источником посто нного напр жени , регулировочным сопротивлением и амперметром, усилитель с положительной обратной св зью и ВЫХОДНОЙ измерительный прибор, отличающийс  тем, что, с . целью повышени  точности измерени  давлени  и уменьшени  тепловой инерционности , в датчик давлени  введен кронштейн, закрепленный в корпусе, а чувствительный элемент выполнен в виде металлической струны, помещенной в воздушный зазор магнитной системы возбуждени  ее колебаний, причем концы струны закреплены на стойках кронштейна и подключены ко входу усилител , при этом токова  цепь нагрева включена параллельно входу усилител  и содержит последоватёльно включенный с источником посто нного напр жени  дроссель. 2.Тепловой iviaHOMeTp по п.1, от лич а ющ ий с   тем, что, с целью уменьшени  температурной погрешности, датчик давлени  снабжен дополнительной магнитной системой возбуждени  колебаний и дополнительной струной, идентичной первой, концы которой закреплены на дополнительных стойках, струна помещена в воздушный зазор дополнительной магнитной системы возбуждени  колебаний, при этом струны расположёны симметрично отно- сительно оси.симметрии корпуса датчика , а в измерительную схему введены смеситель и второй усилитель с положительной обратной св зью, ко входу которого подсоединена дополнительна  струна, причем выходы усилителей подключены через смеситель к выходному измерительному прибору. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Турицин A.M. и др. Электрические измерени  неэлектрически-х величин... Л., Энерги , 1975, с. 360. 2.Авторское свидетельство СССР .№ 513283, кл. G 01 L 21/10, 1974 ( прототип).If the measuring circuit operates in the ratio measurement mode; the frequencies of two string oscillators corresponding to the choice of the initial frequencies of the strings f and f can be obtained with the analog effect of reducing the temperature error. . 1. Thermal gauge comprising a pressure sensor with a sensing element placed in the housing and a measuring circuit including a heating current circuit connected in series with a stabilized constant voltage source, a control resistance and an ammeter, an amplifier with positive feedback and an OUTPUT measuring device characterized in that, s. In order to improve the accuracy of pressure measurement and reduce thermal inertia, a bracket fixed in the housing is inserted into the pressure sensor, and the sensing element is designed as a metal string placed into the air gap of the magnetic excitation system of its oscillations, with the ends of the string fixed on the bracket stands and connected to the input an amplifier, wherein the current heating circuit is connected in parallel to the input of the amplifier and contains a choke connected in series with a source of direct voltage. 2.Thermal iviaHOMeTp according to claim 1, different from the fact that, in order to reduce temperature error, the pressure sensor is equipped with an additional magnetic excitation system and an additional string, identical to the first, the ends of which are fixed on additional racks, the string is placed in the air gap of the additional magnetic excitation system of oscillations, while the strings are located symmetrically relative to the axis. symmetry of the sensor body, and a mixer and a second amplifier with a positive reverse a bond, which is connected to the input of the additional string, wherein the amplifier outputs are connected through a mixer to the output measuring device. Sources of information taken into account in the examination 1.Turitsin A.M. et al. Electrical measurements of non-electrical quantities ... L., Energie, 1975, p. 360. 2. The author's certificate of the USSR. № 513283, cl. G 01 L 21/10, 1974 (prototype).

Фиг. 2FIG. 2

Фиг.FIG.

Фиг. 5FIG. five

....

ыг кх, 4 Y У/ 1 IYY KX, 4 Y Y / 1 I

/ у/.., Л/ y / .., L

. Фиг. 7 1 Л7 1// I u-/f/ I . FIG. 7 1 L7 1 // I u- / f / I

Claims (2)

Формула изобретения (21) f02i~ f0i - Δ /The claims (21) f 02i ~ f 0i - Δ / Тогда в соответствии с выражением (16) разность частот струн 7 и 24 на выходе смесителя 27 определится вычитанием выражения (14) из (15), т.е.Then, in accordance with expression (16), the frequency difference of the strings 7 and 24 at the output of the mixer 27 is determined by subtracting expression (14) from (15), i.e. Х^0ГЛ^)=2.ч>(Р) £01* 2ЧХР) ’Δί17 (22) или Δ£χ-^-(£ο-ι±Δ^)·^ίΡ)Γ1 (23) X ^ 0Г Л ^) = 2.ч> (Р) £ 01 * 2ЧХР) ' Δί 17 (22) or Δ £ χ - ^ - (£ ο-ι ± Δ ^) · ^ ίΡ) Γ 1 (23) II Из последних двух выражений дует, что введение термокомпенса— ционной струны 24 позволяет полностью исключить температурную погрешность нуля Afi · Это снижает суммарное значение температурной погрешности струнного теплового манометра, в зависимости от выбранных конструкционных параметров датчика, в 7—20 раз.From the last two expressions it blows that the introduction of the temperature compensation string 24 allows us to completely eliminate the temperature error of the zero Afi · This reduces the total value of the temperature error of the string thermal pressure gauge, depending on the selected design parameters of the sensor, by 7–20 times. сле. <q 1. Тепловой манометр, содержащий датчик давления с размещенным;в корпусе чувствительным элементом и измерительную схему, включающую в себя токовую цепь нагрева с последовательно соединенными стабилизированным источником постоянного напряжения, регулировочным сопротивлением и амперметром, усилитель с положительной обратной связью и выходной измерительный прибор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения давления и уменьшения тепловой инерционности, в датчик давления введен кронштейн, закрепленный в корпусе, а чувствительный элемент выполнен в виде металлической струны, помещенной в воздушный зазор магнитной системы возбуждения ее колебаний, причем концы струны закреплены на стойках кронштейна и подключены ко входу усилителя, при этом токовая цепь нагрева включена параллельно ’· входу усилителя и содержит последо‘ватёльно включенный с источникомnext. <q 1. A thermal manometer containing a pressure sensor with a sensing element in the housing and a measuring circuit that includes a heating current circuit with a stabilized constant voltage source connected in series, an adjustable resistance and an ammeter, a positive feedback amplifier and an output measuring device, It is due to the fact that, in order to increase the accuracy of pressure measurement and reduce thermal inertia, an arm mounted in the housing is introduced into the pressure sensor, and the sensitive element is made in the form of a metal string placed in the air gap of the magnetic system for exciting its vibrations, the ends of the strings being fixed on the bracket posts and connected to the amplifier input, while the current heating circuit is connected in parallel with the amplifier’s input and contains the source 3 постоянного напряжения дроссель.3 constant voltage choke. 2. Тепловой манометр по п.1, от лич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, датчик давления снабжен дополнительной магнитной системой2. The thermal pressure gauge according to claim 1, distinguished by the fact that, in order to reduce the temperature error, the pressure sensor is equipped with an additional magnetic system 40 возбуждения колебаний и дополнительной струной, идентичной первой, концы которой закреплены на дополнительных стойках, струна помещена в воздушный зазор дополнительной магнитной системы возбуждения колебаний, при этом струны расположёны симметрично отно- У сительно оси.симметрии корпуса датчика, а в измерительную схему введены смеситель и второй усилйтель с положительной обратной связью, ко входу которого подсоединена дополнительная струна, причем выходы усилителей подключены через смеситель к выходному измерительному прибору.40 the excitation oscillations and extra string identical to the first ends of which are secured to additional racks, the string is placed in the air gap of the magnetic system further oscillation excitation, the string raspolozhony symmetrically with respect osi.simmetrii The ratio Y of the sensor housing, and the measuring circuit incorporated mixer and the second amplifier with positive feedback, to the input of which an additional string is connected, and the outputs of the amplifiers are connected through the mixer to the output measuring device.
SU792796086A 1979-07-11 1979-07-11 Hot-wire gauge SU836538A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792796086A SU836538A1 (en) 1979-07-11 1979-07-11 Hot-wire gauge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792796086A SU836538A1 (en) 1979-07-11 1979-07-11 Hot-wire gauge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU836538A1 true SU836538A1 (en) 1981-06-07

Family

ID=20840558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU792796086A SU836538A1 (en) 1979-07-11 1979-07-11 Hot-wire gauge

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU836538A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4914962A (en) * 1988-09-28 1990-04-10 The Slope Indicator Co. Vibrating strip transducer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4914962A (en) * 1988-09-28 1990-04-10 The Slope Indicator Co. Vibrating strip transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5379630A (en) Thermal conductivity detector
KR900008328B1 (en) Force measuring device
JP2731009B2 (en) Pressure measurement process and gas pressure gauge
JPS63158420A (en) Mass flow measuring device operated by principle of coriolis
JPS60259922A (en) strain sensor
US5303167A (en) Absolute pressure sensor and method
KR20050023008A (en) Ac type anemometry and methods for data mapping of flow rate for the anemometry
Leclercq et al. Apparatus for simultaneous temperature and heat‐flow measurements under transient conditions
US4541286A (en) Gas pressure measuring circuit
EP0180297B1 (en) Temperature compensation of a quartz oscillator pressure measuring apparatus
SU836538A1 (en) Hot-wire gauge
US3910101A (en) Devices for measuring density
Bremhorst et al. Comparison of dynamic and static hot wire anemometer calibrations for velocity perturbation measurements
GB2212277A (en) Gas flow meter
RU2389991C2 (en) Method of eliminating temperature fluctuations in ambient medium of thermal-conductivity vacuum gauge and device for realising said method
US3831433A (en) Apparatus for measuring the density of a fluid by resonance
Oliveira et al. Compensation of the fluid temperature variation in a hot-wire anemometer
Weeks et al. Response and compensation of temperature sensors
US4458292A (en) Multiple capacitor transducer
JP2593324B2 (en) Gas pressure gauge
JP4809837B2 (en) How to operate a heat loss pressure sensor with resistance
RU2082129C1 (en) Converter of pressure to electric signal
Durakiewicz et al. A novel electronic circuit for a Pirani gauge
SU817592A1 (en) Thermoanemometric device for measuring gas flow rate
JP2642460B2 (en) Heat dissipation type level sensor